PRUEBAS MECNICAS

www.monografias.comPrcticas de Mecnica1. Tensin2. Compresin3. Dureza Brinell

4. Dureza RockwellPRCTICA 1

TENSIN

Fundamentos tericos

Propiedades mecnicas de los materiales

En ingeniera se necesita saber cmo responden los materiales slidos a fuerzas externas como la tensin, la compresin, la torsin, la flexin o la cizalladura. Los materiales slidos responden a dichas fuerzas con una deformacin elstica (en la que el material vuelve a su tamao y forma originales cuando se elimina la fuerza externa), una deformacin permanente o una fractura.La tensin es una fuerza que tira; por ejemplo, la fuerza que acta sobre un cable que sostiene un peso. Bajo tensin, un material suele estirarse, y recupera su longitud original si la fuerza no supera el lmite elstico del material . Bajo tensiones mayores, el material no vuelve completamente a su situacin original, y cuando la fuerza es an mayor, se produce la ruptura del material.

La Elasticidad propiedad de un material que le hace recuperar su tamao y forma original despus de ser comprimido o estirado por una fuerza externa. Cuando una fuerza externa acta sobre un material causa un esfuerzo o tensin en el interior del material que provoca la deformacin del mismo. En muchos materiales, entre ellos los metales y los minerales, la deformacin es directamente proporcional al esfuerzo. Esta relacin se conoce como ley de Hooke, as llamada en honor del fsico britnico Robert Hooke, que fue el primero en expresarla. No obstante, si la fuerza externa supera un determinado valor, el material puede quedar deformado permanentemente, y la ley de Hooke ya no es vlida. El mximo esfuerzo que un material puede soportar antes de quedar permanentemente deformado se denomina lmite de elasticidad.La relacin entre el esfuerzo y la deformacin, denominada mdulo de elasticidad, as como el lmite de elasticidad, estn determinados por la estructura molecular del material. La distancia entre las molculas de un material no sometido a esfuerzo depende de un equilibrio entre las fuerzas moleculares de atraccin y repulsin. Cuando se aplica una fuerza externa que crea una tensin en el interior del material, las distancias moleculares cambian y el material se deforma. Si las molculas estn firmemente unidas entre s, la deformacin no ser muy grande incluso con un esfuerzo elevado. En cambio, si las molculas estn poco unidas, una tensin relativamente pequea causar una deformacin grande. Por debajo del lmite de elasticidad, cuando se deja de aplicar la fuerza, las molculas vuelven a su posicin de equilibrio y el material elstico recupera su forma original. Ms all del lmite de elasticidad, la fuerza aplicada separa tanto las molculas que no pueden volver a su posicin de partida, y el material queda permanentemente deformado o se rompe.

Fuerza: es toda accin que tiende a producir o produce un cambio en el estado de reposo o movimiento de un cuerpo

Carga: Se le llama as alas fuerzas externas que actan sobre un material (kgF).

Deformacin: Es todo cambio de forma (mm).

Deformacin elstica: es el cambio en la forma que sufre un cuerpo bajo carga, el cual se comprime esta ltima.

Deformacin plstica: Es el cambio de forma que sufre un cuerpo bajo carga, el cual no se elimina al suprimir la carga que lo origina, obtenindose una deformacin permanente.

Esfuerzo: Es la relacin interna de los materiales cuando son sometidos a cargas. Generalmente se expresa en intensidad de fuerza, es decir la fuerza por unidad de rea.

Resistencia de proporcionalidad: Es el fenmeno que presentan los materiales, a ser sometidos a cargas en el que las deformaciones unitarias proporcionales a los esfuerzos que lo producen. (Ley de Hooke).

Zona elstica: Es el rea comprendida en un diagrama esfuerzo deformacin unitaria, por el trazo de la curva desde cero hasta el lmite de elasticidad y por el valor de la abscisa, o sea la deformacin correspondiente al limite elstico.

Zona plstica: Es el rea comprendida en un diagrama esfuerzo- deformacin unitaria, por el trazo de la curva desde el lmite elstico hasta el punto de ruptura y por el tramo de la abscisa comprendida desde el valor del lmite elstico y el valor correspondiente al punto de ruptura.

Mdulo de Young: Es la constante de proporcionalidad entre la deformacin elstica y el esfuerzo uniaxial, y representa la pendiente de la parte recta de la grfica esfuerzo- Deformacin unitaria.Equipo empleado

Prensa Universal

Marca: Shimadzu ,Modelo: RH-10 RH-50

Capacidad Mxima: 10 50 toneladas (dependiendo del modelo)

Material

Barra de Coolroll (colado fro) de 10mm de dimetro y 100mm de longitud.

Extensometro

Desarrollo

Colocamos la barra de Coolroll en la Prensa Universal, la cual se ajusta al tamao de la misma, as tambin con dos agujas una (aguja negra) representa la carga mxima y la otra la (aguja roja ) la carga cedencial; obteniendo los siguientes datos.

Los datos obtenidos representan la zona elstica y la zona plstica del material.

CARGA KgDEFORMACIN mm

2000.01

4000.021

6000.03

8000.042

10000.052

12000.07

14000.079

16000.09

18000.1

20000.11

22000.12

24000.13

26000.14

28000.15

30000.16

32000.17

34000.18

36000.19

38000.20

40000.22

44000.30

46000.54

4800

Tabla de las deformaciones obtenidas con la Prensa Universal

Zona elstica

Zona plstica

Limite elstico

Lmite de cedencia

Tensin Mxima 4600 Kg

Punto de ruptura del material

Diagrama Esfuerzo- Deformacin

Resultados Obtenidos

Para la obtencin del Esfuerzo Mximo tomamos la carga mxima que es aquella en la cul la pieza an no se rompe, obteniendo lo siguiente:

Carga Mxima: 4200 Kg

rea de la pieza: 15.70 mm2 donde ( = F / A ( ( = 4200Kg / 15.70 mm2

( = 267.3803 Kg / mm2

( = E* E donde E = ( / Li ( 0.79 mm / 100 mm

E = 7.9 x10-3 mm/mm

Mdulo de Young o de elasticidad

E = ( / E

E = 89.17 / 7.9 x10-3

E = 11287.34 Kg / mm2Comentarios

En esta prctica, tenemos la capacidad de encontrar esfuerzos en cualquier etapa por la que pasa el material ya sea el limite de cedencia, o como en este caso el, limite elstico del coolroll.

Conclusiones

Todos los materiales actan de manera diferente, esto se debe principalmente a sus propiedades mecnicas, en las que se incluye la tensin, entre otras.

Tericamente podemos decir que en los materiales cuando se les aplica fuerzas externas comnmente estos cambian su forma, llamada tambin deformacin.

A travs de los datos obtenidos en la tabla experimental se observ que este material (Coolroll) sometido a una fuerza de tensin sufre cierto cambios y pasa por una o varias etapas antes de fracturarse o daar su estructura interna.

Aplicando fuerza o tambin llamada carga , lo primero que observamos a travs de los datos es el lmite elstico, seguido del lmite de cedencia durante la zona elstica del material (determinada en un diagrama Esfuerzo Deformacin).En la zona plstica del material encontramos la tensin mxima que fue a 4600Kg de fuerza, que es el punto momentos antes de romperse el material. Encontramos un esfuerzo mximo de 267.38 Kg/ mm2 y el Modulo de Elasticidad o de Young fue de 11287.34 Kg / mm2 .

PRCTICA 2

COMPRESIN

Fundamentos Tericos

La compresin es una presin que tiende a causar una reduccin de volumen. Cuando se somete un material a una fuerza de flexin, cizalladura o torsin, actan simultneamente fuerzas de tensin y de compresin. Por ejemplo, cuando se flexiona una varilla, uno de sus lados se estira y el otro se comprime.La plastodeformacin es una deformacin permanente gradual causada por una fuerza continuada sobre un material. Los materiales sometidos a altas temperaturas son especialmente vulnerables a esta deformacin. La prdida de presin gradual de las tuercas, la combadura de cables tendidos sobre distancias largas o la deformacin de los componentes de mquinas y motores son ejemplos visibles de plastodeformacin. En muchos casos, esta deformacin lenta cesa porque la fuerza que la produce desaparece a causa de la propia deformacin. Cuando la plastodeformacin se prolonga durante mucho tiempo, el material acaba rompindose.La fatiga puede definirse como una fractura progresiva. Se produce cuando una pieza mecnica est sometida a un esfuerzo repetido o cclico, por ejemplo una vibracin. Aunque el esfuerzo mximo nunca supere el lmite elstico, el material puede romperse incluso despus de poco tiempo. En algunos metales, como las aleaciones de titanio, puede evitarse la fatiga manteniendo la fuerza cclica por debajo de un nivel determinado. En la fatiga no se observa ninguna deformacin aparente, pero se desarrollan pequeas grietas localizadas que se propagan por el material hasta que la superficie eficaz que queda no puede aguantar el esfuerzo mximo de la fuerza cclica. El conocimiento del esfuerzo de tensin, los lmites elsticos y la resistencia de los materiales a la plastodeformacin y la fatiga son extremadamente importantes en ingeniera.

Equipo empleado

Prensa universal

Marca: Shimatsu

Modelo: RH-10 o RH-50

Capacidad Maxima: 10 50 ton (segn el modelo)

Material

Madera de aprox. Altura = 102.3 mm

Lado 1 = 20 mm

Lado 2 = 19.8 mm

Desarrollo

Colocamos la madera en la prensa universal, la cual presionaba la madera aplicando una carga a la misma de fuerzas externas.

La carga mxima se determino cuando el material comienza a presentar alguna fractura y esta fue cuando la madera alcanzo una carga maxima de 1880 kg.

La altura de la madera que inicialmente es de 102.3 mm se determina su compresin en el momento en que esta cambia; considerando en todo momento que el volumen antes y despus de la compresin siempre es el mismo.

Grfica Esfuerzo- Deformacin

( Esfuerzo

Limite ElsticoPunto de rupturaComportamiento elstico

Deformacin

Resultados Obtenidos

Para determinar la compresin que se llevo a cabo sobre la madera determinamos primeramente el Esfuerzo Mxima a travs de lo siguiente:

Carga Mxima: 1880 Kg

rea de la pieza: 396 mm2

donde

h1 = 102.3 mm

h2 = 99.9 mm, por tanto:

V1 = V2 = A1 h1 =A2h2, arreglando para A2 tenemos:

A2 = (A1h1)/h2

( = P / A2 = (P/A1)(h2/h1) ( ( = (1880Kg / 396 mm2 )(102.3mm/99.9mm)

( = 4.8615 Kg / mm2

( = F/A L/Li , = (Li-Lf)/Li

(102.3/99.9)/102.3 = 0.0234 mm / mm

( = Earreglando para E, tenemos:

E = (/= 11,287.34 kg/mm2 / 0.0234 mm/mm

E = 481,122.86 kg/mm2Comentarios

Antes de someter el material a compresin es conveniente medir el material en este caso la madera, pero cundo se somete el material a la compresin se toma en cuenta preferentemente al volumen siendo este el rea por su altura. Ahora contando con una nueva altura este proceso ya no es aceptable.

Conclusiones

Las propiedades mecnicas de los materiales como en el caso de la compresin se determinan por la forma en como se comporta est, mientras que en la tensin el material aumenta su longitud, en la compresin pasa lo contrario, no significando esto que el volumen disminuya, ms bien el volumen siempre se mantiene constante, cambiando nicamente las alturas, dimensiones o forma del material. Cuando se aplica en la madera una fuerza o carga determinada esta presenta en un zona especifica un punto de ruptura ; significando que en esta zona el material es ms frgil, obteniendo as la carga mxima que el mismo puede soportar, determinando el esfuerzo que produjo la madera, as mismo encontrando el Modulo de Elasticidad o de Young al que se somete el material.

PRCTICA 3

DUREZA BRINELL

Fundamentos tericos

Definimos a la dureza como la resistencia de los materiales a ser penetrados, a absorber energa o a ser cortados.

La clasificacin de los mtodos de dureza de acuerdo al procedimiento empleado para su realizacin se divide entres importantes grupos:

Los que miden la resistencia que oponen los cuerpos a la penetracin o indentacin.

Los que miden la resistencia elstica o al rebote.

Los que miden la resistencia que oponen los cuerpos al corte o la abracin.

El mtodo por penetracin esta basado en la aplicacin de una carga esttica sobre la superficie de un material para provocarle una deformacin permanente conocida como indentacin o huella, la cual presenta una profundidad que est en relacin inversa al nmero de dureza del material ensayado.

El mtodo de dureza por rebote o elstico, consiste en dejar caer una herramienta con carga y altura definida sobre la superficie del material a ensayar, de tal forma que al chocar con dicha superficie se provoque un rebote de la herramienta, cuya altura est directamente relacionada con la dureza elstica del material.

El mtodo que mide la resisitencia que oponen los cuerpos a la abracin o al corte, consiste en efectuar una ranura con una herramienta de corte o abrasiva al material a ensayar. Dependiendo del tipo demarca presentada, se determinar la dureza del material, es decir, si la ranura se presenta en forma profunda u opaca.

La Dureza Brinell se basa en la aplicacin de una carga fija mediante un penetrador esferito que se abre pasa sobre la superficie lisa de la muestra. Una vez que se quitra la carga, se determina el rea de la penetracin, lo cual indica la resistencia a la carga. Las cargas son aplicadas por sistemas hidrulicas hasta 3000 Kg; los penetradores generalmente estn constituidos de acero endurecido o de carburo de turgsteno aproximadamente de 10mm de dimetro.

Para determinar la dureza Brinell

se obtiene:

BHN = P/A = P/(D/2(D-(D2-d2)1/2)( kg / mm2Donde:

P = carga que acta sobre la probeta = 500 kg

D = dimetro del penetrador = 10 mm

d = dimetro de la impresin sobre la probeta = 2.4 mm

t = profundidad de la impresin

Donde t:

t = P / D(BHN)

La prueba de dureza Brinell produce una impression de considerables dimensiones en la superficie de la probeta o pieza probada

Equipo

Mquina de Dureza Brinell con el mtodo de aplicacin de la carga de funcionamiento neumtico.

Penetrador de bola de 10mm, de material Carbolor.

Desarrollo

Colocamos la pieza sobre la mquina de Dureza Brinell.

Colocamos el penetrador de acuerdo al material (ya sea de bola o de Diamanteo cono).

El material es blando, por tanto aplicamos una carga de 500 Kg y el periodo de aplicacin de la carga fue de 60 a 120 segundos.

Medimos el espesor de la impresin que dejo el penetrador sobre el material con un microscopio graduado en milmetros.

Anotamos las medidas obtenidas.

Resultados Obtenidos

Para determinar la dureza Brinell es necesario conocer el numero de dureza de la misma, donde su abreviatura es BHN, el cociente de la carga P dividido entre el rea de la impresin A.

Por tanto se obtiene:

BHN = P/A = P/(D/2(D-(D2-d2)1/2)( kg / mm2Donde:

P = carga que acta sobre la probeta = 500 kg

D = dimetro del penetrador = 10 mm

d = dimetro de la impresin sobre la probeta = 2.4 mm

t = profundidad de la impresin

BHN = P/A = 500kg/(10mm/2(10mm-(10mm2-2.4mm2)1/2)( kg / mm2BHN = 109.7617 kg / mm2t = P / D(BHN)

t = 500kg / (10mm)(109.76)

t = 0.1450 mm

( El espesor mnimo de la probeta debe ser e = 10t, por tanto,

e = 10(.1450),

e = 1.45 mm

Obtencin de Dureza Shore

En est prctica obtuvimos la duraza Shore a travs de aparatos especiales para esta (micrometro) presentando los siguientes datos:

Shore A = para hule 64.5 Kg

Shore D = para plstico 76 Kg

Comentarios

En esta misma prctica mediante la utilizacin de durometros con pequeos penetradores especiales pudimos determinar microdurezas para materiales que no son precisamente aleaciones o metales, entrando aqu en las dureza Shore, clasificandolas para el Hule como Shore A y para el plstico Shore D.

Conclusiones

Como bien sabemos la dureza es la resistencia que presentan los materiales para ser penetrados, considerando que esta es una propiedad de los materiales, la cul le permite al material ser seleccionado para su uso en la industria principalmente.

La dureza Brinell es un mtodo el cual nos permite determinar la dureza de un material. Utilizando en esta prctica un material blando aplicando aproximadamente una carga 500 Kg, utilizando un penetrado de bola de 0.10 mm; presionando sobre este el material en un tiempo aproximado de 60 a120 segundos.

La dureza Brinell fue de 109.76 Kg / mm2 y la profundidad de penetracin fue de 0.1450mm, relativamente muy pequea; por tanto el material es considerando como uno muy duro, y el espesor de la pieza, se considera como 10 veces la profundidad de la penetracin.

PRCTICA 4

DUREZA ROCKWELL

Fundamentos Tericos

Los ensayos de dureza Rockwell, dependen de la medicin de la profundidad de la indentacin permanente, producida por la aplicacin de una carga gradualmente aplicada sobre la superficie del material de pueba. Se usan varias combinaciones de penetradores y carga, para adaptar las distintas puebas de dureza Rockwell a los materiales de diversas durezas y espesor. Entre los penetradores se incluyen diamantes de forma cnica conocidos como Brale y esferas de acero endurecido cuyos dimetros varan de 1.58 mm a 12.7 mm.

El dimetro cnico tiene un ngulo de abertura de 120 y radio de 0.2 mm en la punta. El penetrador de diamante permite probar fcilmente los aceros ms duro y los de esfera grande permite probar materiales blandos e incluso plsticos.

En general, se considera que las pruebas de dureza Rockwell no son destructivas ya que las cargas ligeras y los pequeos penetradores producen impresiones diminutas; sin embargo, a causa de la pequeez de las impresiones, deben tomarse varias lecturas para obtener un resultado representativo.

Equipo

Durometro deRockwell

Penetrador de esfera

Probeta (material que es una aleacin).

Desarrollo

Colocamos la probeta sobre el Durometro de Rockwell directamente.

Ajustamos las agujas del Durometro.

Colocamos el penetrador.

Aplicamos fuerza sobre la probeta(penetrador sobre ella).

Observamos lectura de la cartula del durometro

Retiramos probeta de Durometro.

Resultados obtenidos

De los datos obtenidos de la cartula del durometro Rockwell determinamos el espesor de la pieza. Partimos de la relacin siguiente:

RB= 130 (t / 0.002mm), arreglando para t tenemos:

-t = (RB-130)(0.002mm)

-t = (72.5 130)(0.002mm)

-t= -0.115 mm

t= 0.115 mm

RC= 100 (t / 0.002mm), arreglando para t tenemos:

-t = (RC-100)(0.002mm)

-t = (61 100)(0.002mm)

-t= -0.078 mm

t= 0.078 mm

Comentarios

Durante la prctica, solo se tomo esta dureza directamente de los datos obtenidos de la cartula.

Conclusiones

Siendo la dureza Rockwell, otro mtodo para determinar la dureza o la resistencia de un material a ser penetrado, se pude decir que este varia de acuerdo a los tipos de penetradores que se coloquen; clasificandolos as en Rockwell C y B. Obteniendo el valor de la dureza directamente de la pantalla del Durometro Rockwell, variando as directamente del tipo de material que utilicemos.Tambin podemos encontrar la profundidad de la penetracin con los valores obtenidos del Durometro.

As podemos conclur que de acuerdo a los materiales y cargas utilizads las durezas varin entre uno y otro mtodo. Ya se; Rockwell o Brinell.

Al comenzar a leer Mi Primera Torre de Babel no conoca, ni entenda realmente lo que el escritor trataba de decir, creo que cada palabra, y la relacin que tienen entre ellas son cuidas para dar sentido adecuado a la lectura.

Es difcil pensar que una persona que conoces y an ms si te da clases en un lugar donde a veces se te sientes sin vida, y solo actas por reflejos y por ordenes recibidas, Quin sabe de quin?; pueda esta persona cambiar tus perspectivas de la vida identificndote en sus poesas y envolverte entre tantas palabras, causando en ti volar y caer al mismo tiempo, imaginando aqul gran limn, desde su olor, hasta su textura; tal vez sea tufo o tal vez sean mis sentidos.

Concordar en aquella caja que idiotiza y al mismo tiempo ser parte de ella. Cayendo en ironas que da la vida y pensar si realmente la ma y lo que hago realmente me hace feliz.

Si yo tan solo pudiese escribir en estas lneas lo que Babel ha dejado en m.

Cuando termine de leer el libro me di cuenta porque el autor haba nombrado as a su obra y despus de mucho pensar cre haber comprendido la verdad. Cuando Babel hace mucho tiempo fue una gran ciudad de Mediterrneo fuerte y extraamente construido comprend que ste libro tiende a mezclas como Ud. Lo dijo Crnicas, poesas y relatos que es la estructura que se le quiso dar tan slo por sentirlo as. Ahora mi primera torre de Babel a pasado del ttulo de un libro a libro que e ledo incitando en a mi escritura a plasmar mis sentimientos en papel y tal vez algn da alguien se identifique con ellos.

Felicidades, es un placer conocerlo

Ivn Escalona

ivan_escalona@hotmail.com

"Materiales, Ciencia y tecnologa de los", Enciclopedia Microsoft Encarta 98 1993-1997 Microsoft Corporation. Reservados todos los derechos.

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